矿井瓦斯涌出量预测论

平煤三矿十采区瓦斯涌出量预测

摘要: 通过对平煤三矿的实际考察,收集了该矿大量的瓦斯资料和地质资料，经过整理分析得到各种地质条件、各种开采条件下的实际瓦斯涌出量。同时结合已学的瓦斯基本理论，根据瓦斯原始含量、矿井开拓方式、煤层赋存及煤质、煤层瓦斯含量分布规律等条件，运用分源法对该矿十采区瓦斯涌出量进行预测；通过对本采区的瓦斯涌出量预测对该采区的通风设计,瓦斯抽放设计与瓦斯管理提供技术支持，对该矿瓦斯防治工作具有一定的指导意义。

关键词: 瓦斯含量平煤三矿分源预测法瓦斯涌出量

THE NO.3 MINE OF PINGMEI GROUP THE NO.10 PICK AREA GAS

TO WELL UP

Abstract: Through to the even coal three ores actual inspections, has collected this ore massive gas material and the geological data, obtains under each geological condition, each kind of mining condition actual gas after the reorganization analysis wells up the out put. Simultaneously unifies already study the gas elementary theory, according to the gas primitive content, the mine pit development way, the coal bed tax saves and the anthrax, condition and so on coal bed gas content distribution rule, the utilization device source law ten picks the area gas to this ore to well up the output to carry on the forecast; Through to this picks the area the gas to well up the output to forecast to should pick the area to ventilate the design, the gas pulls out puts the design and the gas management provides the technical support, has the certain instruction significance to this ore gas preventing and controlling work.

Key word: The gas content even;the NO.3 mine of pingmei group ; device sources pre-measurement; gas wells up the output

目录

1绪论 (1)

1.1国内概况 (1)

1.2瓦斯涌出量预测的方法 (2)

1.2.1矿山统计法 (2)

1.2.2瓦斯含量法 (2)

1.2.3分源计算法 (2)

1.2.4类比法 (2)

1.2.5综合法 (2)

2 矿井概况 (4)

2.1交通位置` (4)

2.2地形与气候 (4)

2.3矿井开拓方式 (4)

2.3.1井田边界 (4)

2.3.2矿井开拓方式 (4)

2.3.3采煤方法 (6)

2.3.4采区布置 (6)

2.3.5掘进方式 (6)

2.4通风方式 (6)

2.5煤层赋存与煤质 (6)

2.5.1煤层 (6)

2.5.2煤质牌号及工业分析指标 (7)

2.5.3煤质物理性质 (7)

2.6井田地质构造 (8)

3 瓦斯含量分布规律 (10)

3.1地勘瓦斯含量可靠性评价 (10)

3.2煤层瓦斯含量分布规律 (11)

4 矿井瓦斯涌出量预测 (13)

4.1煤层瓦斯来源 (13)

4.2煤层瓦斯赋存状态 (14)

4.3影响煤层瓦斯含量的主要因素 (14)

4.3.1煤层的埋藏深度 (14)

4.3.2煤层和围岩的透气性 (14)

4.3.3煤层倾角 (15)

4.3.4煤层露头 (15)

4.3.5地质构造 (15)

4.3.6煤化程度与煤的吸附性 (16)

4.3.7煤系地层的地质史 (16)

4.3.8水文地质条件 (17)

4.4 矿井瓦斯涌出量 (17)

4.4.1矿井瓦斯涌出量定义分类 (17)

4.4.2影响矿井瓦斯涌出量的因素 (18)

4.5 瓦斯涌出量预测方法及参数取值 (20)

4.5.1矿山统计法 (20)

4.5.2煤层瓦斯含量法 (22)

4.5.3综合预测法 (22)

4.5.4类比法 (23)

4.5.5瓦斯涌出量预测法的选择 (24)

4.5.6分源计算法 (24)

4.6 瓦斯涌出量预测条件及预测结果 (30)

4.6.1 回采工作面预测条件及结果 (30)

4.6.2 掘进工作面瓦斯涌出量预测条件及结果 (31)

4.6.3 采区不同生产时期的瓦斯涌出量预测条件及结果 (31)

5 结论与建议 (33)

6 致谢 (34)

7 参考文献 (35)

1绪论

1.1国内概况

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，最高年产达13.7亿吨，在一次能源消费结构中，煤炭占到70%以上，预计到2050年还将占50%以上。

煤炭生产主要是地下作业，与各主要产煤国家相比，我国由于煤炭赋存的地质条件复杂多变，主要依靠井工开采，经常受到瓦斯，水，火，粉尘，顶板等自然灾害的威胁，加上抗灾能力较弱，煤矿事故时常有发生，特别是随着开采深度的延伸，煤层瓦斯含量逐渐增加，煤层瓦斯压力增大，矿井瓦斯危险性增高，防治难度越来越大，因此我国是瓦斯事故最多的国家之一。据统计建国以来，煤矿发生一次死亡百人以上事故，95％为瓦斯事故,煤矿企业一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的71%。以1990～1999年为例，全国煤矿共发生3人以上事故4002起，共死亡27495人，其中：瓦斯事故2767期，共死亡20625人，占3人以上死亡事故总起数的69.14﹪，死亡人数的75.01﹪。煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8%至89.6%(2002－2005年)。例如，2002年2月黑龙江鸡西煤矿发生瓦斯爆炸事故死亡124人、2004年10月河南省郑煤集团大平煤矿发生的瓦斯爆炸事故死亡147人、2004年11月陕西省铜川矿务局陈家山煤矿发生瓦斯爆炸事故死亡166人、2005年2月辽宁阜新煤业集团孙家湾煤矿发生瓦斯爆炸事故死亡214人。由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下，2003年国内煤矿平均每人每年产煤321吨, 效率仅为美国的2.2%,南非8.1%, 而百万吨死亡率是美国的100倍,南非30倍。而且特别是由于煤矿重大及特大瓦斯(煤尘)灾害事故的频发，不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重影响了我国的国际声誉。

矿井瓦斯涌出量预测是新建矿井和改扩建矿井通风设计，安全管理，制定合理的瓦斯防治措施必不可少的重要环节，瓦斯涌出量预测精度的高低直接决定着矿井生产时的安全程度，经济效益的好坏。瓦斯涌出量预测可以为灾害的预防提供基础，为了解瓦斯的赋存规律，防止瓦斯的局部聚集和稀释瓦斯的含量，安全措施尤其是通风状况的效果检验的制定提供依据。因此我们应切实的加强资料的收集和整理。

1.2瓦斯涌出量预测的方法

就目前的国内外研究状况来看，比较成熟的瓦斯涌出量预测方法主要可分为下五类：

1.2.1矿山统计法

建立在数理统计规律基础上的统计预测方法，其优点主要是可行性强，预测相对准确，但缺点主要是范围上局限在以有资料下推200米左右，地质条件要求相似才可使用；

1.2.2瓦斯含量法

以煤层瓦斯含量为基本参数，按照煤层瓦斯含量与采后煤炭的残余瓦斯含量计算相对瓦斯涌出量，简称其为瓦斯含量法，其优点是成熟，应用效果较佳，缺点是未考虑地质条件因素，对地质构造尤其是断层附近适应性不好；

1.2.3分源计算法

分源计算法预测矿井瓦斯涌出量的实质是以煤层瓦斯含量﹑煤层地质与开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯源（开采层﹑邻近层﹑围岩）的瓦斯涌出规律，分别计算采煤工作面﹑掘进工作面﹑采区及矿井瓦斯涌出量。其优点是成熟，应用效果较佳，预测准确率达到85%以上。

1.2.4类比法

在一个煤田或一个矿区范围内，在地质条件相同或相似的情况下，矿井瓦斯涌出量与钻孔煤层瓦斯含量之间存在一个自然比值，以此为类比的前提，作为新矿井的参照。其缺点是有很大的局限性。

1.2.5综合法

建立在矿山统计法之上的，为了提高深部水平瓦斯涌出量预测的可靠性并简化预测的计算过程，采用多种计算方法来综合进行瓦斯涌出量预测的方法，其优点是引进了煤层瓦斯含量这一参数，使预测的深度不受限制；此外，国内外科研前沿在理论研究上还有灰色系统、模糊数学、构建神经网络等多种预测方法，但目前条件下均存在一定的实用性限制。

本文在参考大量瓦斯涌出量预测资料文献之后，多次深入到平煤三矿进行实地考察。确定初步的预测方法后，取得了第一手资料数据。并就矿井瓦斯涌出量监测系统的现状与生产现场技术人员进行了深入的探讨。

本论文首先介绍在国内外应用较广泛的几种瓦斯涌出量预测方法并比较优缺点，进而结合平煤三矿十采区具体情况，选用分源计算法作为论文的瓦斯涌

出量预测方法。

2 矿井概况

2.1交通位置`

平顶山煤业（集团）三矿位于河南省平顶山市新华区西市场地区。距平顶山市中心约3公里,地势北高南低.交通便利，矿区铁路可以直达漯宝铁路，连接京广、焦枝铁路干线，公路四通八达。

2.2地形与气候

矿区内为广阔的冲积平原，地形北高南低，标高为+150m左右，主要山峰有黄山寨和平顶山。季节性河流稻田沟从井田中部向南穿过，汇入湛河，该稻田沟河春、秋、冬三季无水，夏季时有地面雨水汇入。本区属于大陆性半干燥湿度不足带，年降水量主要受季风影响，春、秋、冬三季干旱少雨，夏季雨水偏多，年最大降雨量1221.9mm，最小降雨量434.1mm，常年主导风向NNE，平均风速2.4m/s，历年极端最高气温为42.3度，最低气温为-15.3度。最大积雪厚度为16cm，冻土最大深度为22 cm，冻土期为12月到翌年3月。

2.3矿井开拓方式

2.3.1井田边界

井田东邻二矿，北邻四矿，西邻天力公司先锋矿，南以锅底山断层与七矿为界。井田东西走向为2.975Km，倾斜1.2Km，面积3.57Km2。

2.3.2矿井开拓方式

八采区开拓方式为：竖井开拓，下山采区双翼布置。矿井共有四个井筒，有主立井、主斜井和八采区立井，一个回风井。

十采区开拓方式为：竖井开拓，下山采区双翼布置，共有3个井筒，戊组井（立井）、己组井（立井）和一个回风斜井。矿井十采区采掘平面图见下图（2-1）

图2-1 十采区采掘平面图

2.3.3采煤方法

矿井采煤工作面布置全部采用走向长壁采煤法布置，均为后退式回采，自然冒落法管理顶板。主要采用炮采工艺进行开采。

2.3.4采区布置

采区布置戊

10采煤工作面、己

16

采煤工作面、己

15

掘进工作面（2个）。其

中戊

10煤层布置一个采煤工作面（戊

10

-11172采面），采面长120m，走向长980m，

日产量660t；工作面采煤方法为炮采，一次采全高（采高 1.98m），回采率为95%，日进度2.5m，煤质密度为1.45ｔ/ｍ3。

己

16煤层布置一个采煤工作面（己

16

煤柱下山），工作面长120m，倾斜长

556m，日产量650t；工作面采煤方法为炮采，一次采全高（1.98m），回采率95%，日进度2.5m，煤的密度为1.38ｔ/ｍ3。

己

15煤层布置两个掘进工作面即己

15

-11050工作面的风巷与己

15

－11050机

巷，巷道断面积为5.94m2，原煤密度煤1.435ｔ/ｍ3，日进尺5m。

2.3.5掘进方式

矿井主要采用钻爆法掘进工艺进行巷道施工，配备风钻，人工装载。

2.4通风方式

平煤集团三矿有两套独立的通风系统，即三矿矿井八采区和三矿十采区。

三矿矿井有三个进风井和一个回风井，即大井立井和主斜井进风供大井使用，己八立井进风供八采区使用，回风斜井回风。风井装备KDB-55主要扇风机两台，一台工作，一台备用，电机功率310KW，风叶角度为30°。六月末矿井总进风量1932m3/min,总排风量2236m3/min，负压1600Pa。2003年矿井通风能力核定为35万吨/年，2004年实际出煤12万吨。

三矿十采区有两个进风立井和一个回风斜井，即十采区戊组进风立井进风供戊组采区使用，十采区己组立井进风供己组采区使用，回风由南风风井排出。十采区南风井装备BDK-6-N018主扇两台，一台工作，一台备用，电机功率2×132KW，当前风叶角度为37.5度。六月末矿井总进风量为2400m3/min，总排风量3026m3/min，负压2500Pa。等积孔为⒈4㎡。

2.5煤层赋存与煤质

2.5.1煤层

三矿含煤地层包括二叠系山西组，石盒子组。井田内可采煤层有戊10（戊